羟丙基甲基纤维素.HPMC

、纤维素醚的简介

纤维素醚是以天然纤维素为原料，经化学改性制得的合成型高分子聚合物。纤维素醚是天然纤维素的衍生物，纤维素醚生产与合成聚合物不同，它的基本的材料是纤维素，天然的高分子化合物。由于天然纤维素结构的特殊性，纤维素本身没有与醚化剂反应的能力。但经过溶胀剂的处理，在分子链间和链内强大的氢键遭到破坏，羟基的活性释放变成具有反应能力的碱纤维素，在经过醚化剂反应—OH基转成—OR基得到纤维素醚。

纤维素醚的性质取决于取代基的种类，数量和分布。而纤维素醚的分类也是根据取代基的种类，醚化程度，溶解性能及相关应用型能来分类的。按分子链上取代基类型，可分为单醚和混合醚，我们通常用的MC为单醚，HPMC则为混合醚。甲基纤维素醚MC是天然纤维素葡萄糖单元上的羟基被甲氧基取代后的产物；羟丙基甲基纤维素醚HPMC是单元上的羟基一部分被甲氧基取代，另一部分被羟丙基取代得到的产物，另外还有羟乙基甲基纤维素醚HEMC，这几种是目前市场上广为应用和销售的主要品种。

从溶解性能上又可分为离子型和非离子型。水溶性非离子型纤维素醚主要由烷基醚和羟烷基醚两大系列品种组成。离子型CMC主要应用在合成洗涤剂纺织印染食品和石油开采方面。而非离子型MC，HPMC，HEMC等主要应用于建筑材料、乳胶涂料、医药、日用化学等方面。作为增稠剂、保水剂、稳定剂、分散剂、成膜剂使用。

二、纤维素醚的保水性

在建筑材料特别是干混砂浆的生产中，纤维素醚发挥着的作用，特别是在特种砂浆（改性砂浆）的生产中，更是不可缺少的重要组成部分。

水溶性纤维素醚在砂浆中的重要作用主要有三个方面，一是优良的保水能力，二是对砂浆稠度和触变性的影响，三是与水泥的相互作用。

纤维素醚的保水作用，取决于基层的吸水性，砂浆的组成，砂浆的层厚，砂浆的需水量，凝结材料的凝结时间。就纤维素醚本身的保水性则来自于纤维素醚本身的溶解性和去水化作用。众所周知，纤维素分子链虽然含有大量水化性很强的OH基，但其本身并不溶于水，这是因为纤维素结构有高度的结晶性。单靠羟基的水化能力还不足以支付分子间强大的氢键和范德华力。所以在水中只溶胀不溶解，当分子链中引入取代基时，不但取代基破坏了氢链，而且因相邻链间取代基楔入而破坏链间氢键，取代基越大拉开分子间距离越大。破坏氢键效应越大，纤维素晶格膨化后，溶液进入，纤维素醚成为水溶性，形成高粘度溶液。当温度升高时，高分子水化作用减弱，而链间的水被逐出。当去水作用充分时，分子开始聚集，形成三维网状结构凝胶折出。影响砂浆的保水性的因素包括纤维素醚粘度，添加量，颗粒细度和使用温度。

纤维素醚的粘度越大保水性能越好，聚合物溶液的粘度。依赖于聚合物的分子量（聚合度）也由分子结构链长和链的形态决定，取代基的种类数量分布也直接影响它的粘度范围。

聚合物溶液粘度取决于聚合物分子量的大小。纤维素醚溶液的粘度和浓度与各领域的应用有关。所以每种纤维素醚有许多不同的粘度规格，粘度的调节也主要通过碱纤维素的降解即纤维素分子链的断裂来实现。

从图1.2可以看出，纤维素醚在砂浆中的添加量越大，保水性能越好，粘度越高，保水性能越优。

对于颗粒尺寸，颗粒越细保水性越好见图3。大颗粒的纤维素醚与水接触后，表面立即溶解而形成凝胶将物料包裹起来阻止水分子继续渗入，有时长时间搅拌也得不到均匀分散溶解，形成一种浑浊絮状溶液或结块。大大影响其纤维素醚的保水作用，溶解性则是选择纤维素醚的要素之一。

三、纤维素醚的增稠与触变性

纤维素醚二个作用—增稠作用取决于：纤维素醚的聚合度，溶液浓度，剪切速率，温度等条件。溶液的凝胶化特性是烷基纤维素和它的改性衍生物所的性质。凝胶化特性与取代度，溶液浓度和添加剂有关。对于羟烷基改性衍生物，凝胶特性还与羟烷基的改性程度有关。对于溶液浓度低粘度的MC及HPMC可配制10%-15%浓度溶液，中等粘度MC及HPMC可配制5%-10%溶液而高粘度MC及HPMC只能配制2%-3%溶液，而通常纤维素醚的粘度分级也是以1%-2%溶液来分级的。

高分子量纤维素醚增稠，同一浓度溶液，不同分子量聚合物有不同的粘度。低分子量纤维素醚加入量多才能达到目标粘度。其粘度对剪切速率依赖性小，高粘度达到目标粘度，所需加入量少，粘度的大小决定于增稠效率。所以要达到一定的稠度纤维素醚一定的加入量（溶液的浓度）和溶液粘度。溶液的凝胶温度也随着溶液的浓度增加而降低呈线性，到达一定浓度后室温凝胶化。HPMC在室温凝胶化浓度是较高的。

稠度还可以经过选择颗粒尺寸和选择不同改性程度的纤维素醚调节。所谓改性，就是在MC的骨架结构上引入一定取代程度的羟烷基。通过改变两种取代基的相对取代值，也就是我们常说的甲氧基和羟烷基的DS和MS相对取代值。通过改变两种取代基的相对取代值获得纤维素醚的多种性能的要求。

从图4可以看出稠度与改性关系。图5中纤维素醚的加入影响砂浆的用水量改变了水与水泥的水胶比就是增稠效果，使掺量越高，用水量加大。

用于粉状建筑材料的纤维素醚，在冷水中迅速溶解，并并能提供给体系适宜的稠度。如果给与一定剪切速率仍成絮状和胶体块状这就是不合格或质量不好的产品。